年產(chǎn)三萬噸合成氨廠變換工段設(shè)計

1、班級： 姓名： 題 目 年產(chǎn)三萬噸合成氨廠變換工段設(shè)計一 設(shè)計原始數(shù)據(jù)：以在自貢市鴻鶴化工廠的實際數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)組 分co2coh2n2o2ch4合計含量，9.60 11.42 55.71 22.56 0.330.38100前言41.工藝原理42. 工藝條件43. 工藝流程的選擇54. 主要設(shè)備的選擇說明 55. 工藝流程的說明 6第一章 物料與熱量衡算71水汽比的確定 72中變爐co的實際變換率的求取83中變爐催化劑平衡曲線 94. 最佳溫度曲線的計算 105中變爐一段催化床層的物料衡算116中變一段催化劑操作線的計算 177中間冷淋過程的物料和熱量衡算178中變爐二段催化床層的物料與熱量衡

2、算199中變二段催化劑操作線計算 2310.低變爐的物料與熱量衡算2411低變催化劑操作線計算 2912低變爐催化劑平衡曲線2913.最佳溫度曲線的計算 3014廢熱鍋爐的物料和熱量衡算 3115.水蒸汽的加入 3416主換熱器的物料與熱量的衡算3417.調(diào)溫水加熱器的物料與熱量衡算36第二章 設(shè)備的計算371. 中變爐的計算 372. 主換熱器的計算42設(shè)計的綜述6參考文獻(xiàn)49致謝50第一章 物料與熱量衡算已知條件：組 分co2coh2n2o2ch4合計含量，9.60 11.42 55.71 22.56 0.330.38100計算基準(zhǔn)：1噸氨計算生產(chǎn)1噸氨需要的變換氣量：（1000/17）2

3、2.4/（222.56）=2920.31 m3(標(biāo))因為在生產(chǎn)過程中物料可能會有損失，因此變換氣量取2962.5 m3(標(biāo))年產(chǎn)3萬噸合成氨生產(chǎn)能力（一年連續(xù)生產(chǎn)330天）：日生產(chǎn)量：30000/330=90.9t/d=3.79t/h要求出中變爐的變換氣干組分中co小于2。進(jìn)中變爐的變換氣干組分：組 分co2coh2n2o2ch4合計含量，9.611.4255.7122.560.330.38100m3(標(biāo))284.44338.321650.42668.349.7711.262962.5kmol12.69815.10394.50838.2710.5600.645161.785假設(shè)進(jìn)中變爐的變換氣

4、溫度為330，取變化氣出爐與入爐的溫差為35，出爐的變換氣溫度為365。進(jìn)中變爐干氣壓力=1.75mpa.1水氣比的確定：考慮到是天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化來的原料氣，所以取h2o/co=3.5故v（水）=3.5v co=1184.113m3(標(biāo)) ，n(水)=52.862kmol因此進(jìn)中變爐的變換氣濕組分組 分co2coh2n2o2ch4h2o合計含量6.868.1639.8016.120.240.2728.56100m3(標(biāo))284.4338.321650.42668.349.7711.261184.124146.61kmol12.6915.1073.6829.840.440.5052.86185.1

5、2 2.中變爐co的實際變換率的求?。杭俣褶D(zhuǎn)化氣為100mol，其中co濕基含量為8.16，要求變換氣中co含量為2，故根據(jù)變換反應(yīng)：co+h2oh2+co2，則co的實際變換率公式為：xp=100 （2-1） 式中、分別為原料及變換氣中co的摩爾分率（濕基）所以：xp=74則反應(yīng)掉的co的量為：8.1674=6.04則反應(yīng)后的各組分的量分別為： h2o=28.56-6.04+0.48=23co=8.16 -6.04=2.12h2 =39.8+6.04-0.48=45.36co2=6.86+6.04=12.9中變爐出口的平衡常數(shù)：kp= （h2co2）/（h2oco）=12查 小合成氨廠工藝

6、技術(shù)與設(shè)計手冊 可知kp=12時溫度為397。中變的平均溫距為397-365=32根據(jù)合成氨工藝與節(jié)能 可知中溫變換的平均溫距為：30到50，中變的平均溫距合理，故取的h2o/co可用。3中變爐催化劑平衡曲線根據(jù)h2o/co=3.5，與文獻(xiàn)小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊上的公式xp=100 v=kpab-cdq=u=kp（a+b）+（c+d）w=kp-1其中a、b、c、d分別代表co、h2o、co2及h2的起始濃度計算結(jié)果列于下表：t300 320 340 360 380400t573593613633653673xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058t 4

7、20 440 460t693713733xp0.68590.64160.5963中變爐催化劑平衡曲線如下：4.最佳溫度曲線的計算由于中變爐選用c6型催化劑，最適宜溫度曲線由式 進(jìn)行計算。查3000噸合成氨廠工藝和設(shè)備計算c6型催化劑的正負(fù)反應(yīng)活化能分別為e1=10000千卡/公斤分子，e2=19000千卡/公斤分子。最適宜溫度計算結(jié)果列于下表中：xp0.90120.87370.84240.80740.76870.7058t526546.8564.2581.5598.8624.5t256273.8291.2308.5325.8351.5 xp0.670.640.610.580.550.52t63

8、8.2649.4660.7671681.6692.6t365.2376.4387.3398408.6419.6 xp0.490.45t702.6716.6t429.6443.6將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖：5中變爐一段催化床層的物料衡算已知條件：進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣的溫度為330進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分：組 分co2coh2n2o2ch4h2o合計含量6.868.1639.816.120.270.2428.56100m3(標(biāo))284.42338.181650.41668.349.7811.261184.114146.61kmol12.6915.1073.6829.8

9、40.440.5052.86185.125.1 中變爐一段催化床層的物料衡算假設(shè)co在一段催化床層的實際變換率為60假使o2 與h2 完全反應(yīng)，o2 完全反應(yīng)掉故在一段催化床層反應(yīng)掉的co的量為：60338.318=202.9908 m3(標(biāo)) =9.062kmol出一段催化床層的co的量為：338.318-202.9908=135.3272 m3(標(biāo))=6.0414kmol故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的h2的量為：1650.409+202.9908-29.776=1833.8478 m3(標(biāo))=81.868kmol故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的co2的量為：284.4+202.9908=487.

10、3908 m3(標(biāo))=21.758kmol故出中變爐一段催化床層的變換氣干組分的體積：v總（干）=135.3272+487.3908+1833.8478+668.34+11.258 =3136.1638 m3(標(biāo))故出中變爐一段催化床層的變換氣干組分中co的含量：co=4.31%同理得：co2=15.54%h2=58.47% n2=21.13%ch4=0.35%所以出中變爐一段催化床層的變換氣干組分：組 分co2coh2n2ch4合計含量15.544.3158.4721.130.35100m3(標(biāo))487.39135.331833.84668.3411.253136.16kmol21.766.

11、0481.8729.830.50140.01剩余的h2o的量為：1184.113-202.9908+29.776=1000.6742 m3(標(biāo))=44.6729kmol故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的體積：v總（濕）=135.3272+487.3908+1833.8478+668.34+11.258+1000.6742=4136.838 m3(標(biāo))=184.68kmol故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分中h2o的含量 h2o= =24.19%故出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分中co2的含量 co2=11.78同理可得： co=3.27 h2=44.33 n2=16.16 ch4=0.

12、27所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（）：組 分co2coh2n2ch4h2o合計含量11.783.2744.3316.160.2724.19100m3(標(biāo))487.39135.331833.84668.3411.261000.674136.92koml21.766.0481.8729.830.5044.67184.685.2對出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進(jìn)行估算：已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（）組 分co2coh2n2ch4h2o合計含量11.783.2744.3316.160.2724.19100m3(標(biāo))487.39135.321833.84668.34

13、11.261000.674136.92koml21.766.0481.8729.830.5044.67184.68根據(jù)：kp= （h2co2）/（h2oco）計算得k=6.6查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊知當(dāng)kp=6.6時t=445設(shè)平均溫距為35，則出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為：445-35=4155.3中變爐一段催化床層的熱量衡算以知條件：進(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣溫度：330 出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為：415可知反應(yīng)放熱q：在變化氣中含有co，h2o，o2，h2 這4種物質(zhì)會發(fā)生以下2種反應(yīng)：co +h2o=co2+h2 （1）o2 + 2h2= 2 h2o （2）這2

14、個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。根據(jù)小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊可知為簡化計算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（或稱生成焓）計算。以p=1atm，t=25為基準(zhǔn)的氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓計算式為：ht=h0298=cpdt 式中： ht 氣體在在tk的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，kcal/kmol(4.1868kj/kmol)；h0298 該氣體在25下的標(biāo)準(zhǔn)生成熱， kcal/kmol(4.1868kj/kmol)；t絕對溫度，k；cp 氣體的等壓比熱容，kcal/（kmol.）4.1868kj/（kmol.）氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗式：cp=a0+a1t+a2t2+a3t3+ 式中a0、a1、a2、a3氣體的特性常數(shù)將式代入式

15、積分可得統(tǒng)一基準(zhǔn)焓的計算通式：ht=a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4 (5-1) 式中常數(shù)a0、a1、a2、a3、a4與氣體特性常數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)生成熱的關(guān)系為： a1=a0, a2=a1/2, a3=a3/4, a4=a3/4a0=h0298298.16a1298.162a2298.163a3298.164a4采用氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓進(jìn)行熱量平衡計算，不必考慮系統(tǒng)中反應(yīng)如何進(jìn)行，步驟有多少，只要計算出過程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出該過程的總熱效果。h=（nihi）始（nihi）末 (5-2) 式中 : h 過程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時為放熱，為負(fù)數(shù)時系統(tǒng)為吸熱，單位：kcal；（4.1868kj）;n

16、i 始態(tài)或末態(tài)氣體的千摩爾數(shù)，kmol；hi 始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下；hi 氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，kcal/kmol，（4.1868kj/kmol）現(xiàn)將有關(guān)氣體的計算常數(shù)列于下表中氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（通式）常數(shù)表5-1.1分子式 a0 a1 a2 a3 a4o21.90318103 5.802982.15675103-7.404991071.088081010h2-2.112441037.20974-5.558381044.8459107-8.189571011h2o-6.00361047.110921.293191031.28506107-5.780391011n2-1.976731036.4590

17、35.181641042.03296107-7.656321011co-2.836371046.266278.986941045.04519109-4.142721011co2-96377.888676.3965.05103-1.1351060.00計算o2的基準(zhǔn)焓：根據(jù)基準(zhǔn)焓的計算通式：ht=a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4在415時t=415+273=683k將o2的常數(shù)帶入上式得：ht=1.90318103+5.80298683+2.156751036832-7.404991076833+1.0880810106834=6699.742kcal/kmo=28050.412 kj

18、/kmol同理根據(jù)以上方法計算可得變換氣的各個組分的基準(zhǔn)焓列于下表組分o2h2 h2o co co2ht（kcal/kmol）6699.7422724.221-54502.665-23634.754-89956.678ht（kj/kmol）28050.41211405.772-228191.759-98953.987-376630.620放熱： co +h2o=co2+h2 （1）h1=（hi）始（hi）末 =-376630.6208+11405.77+98953.987+228191.759=-38079.10484kj/kmolq1=9.062（-38079.10484）=-345072.

19、8481kj o2 + 2h2= 2 h2o （2）q2=h2=（nihi）始（nihi）末=-221354.6179kj氣體反應(yīng)共放熱：q=q1+q2=345072.8481+221354.6179=566427.4659kj氣體吸熱q3根據(jù)物理化學(xué)教程知co, h2, h2o, co2, n2 ，可用公式：cp=a+bt+ct2來計算熱容，熱容的單位為kj/（kmol.t）表5-1.2物質(zhì)coh2h2oco2n2a2827.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/105-0.460.5020.33-8.53-ch4可用公式：cp=a+b+ct2+

20、dt3來計算熱容:表5-1.3物質(zhì)ab/10-3c/10-6d/10-9ch417.4560.461.117-7.2計算結(jié)果得：物質(zhì)coco2h2h2on2ch4cp3148.229.637.230.756.1所以平均熱容： cpm=yi*cp=34.06 kj/（kmol.t）所以氣體吸熱q3=34.06184.68(415-330)=534667.068kj假設(shè)熱損失q4（一般熱損失都小于總熱量的10%）根據(jù)熱量平衡的： q= q3 +q4q4=31760.979 kj6 中變一段催化劑操作線的計算 有中變一段催化劑變換率及熱平衡計算結(jié)果知： 中變爐入口氣體溫度 330 中變爐出口氣體溫度

21、 415 中變爐入口co變換率 0 中變爐出口co變換率 60%由此可作出中變爐催化劑反應(yīng)的操作線如下：7中間冷凝過程的物料和熱量計算：此過程采用水來對變換氣進(jìn)行降溫。以知條件： 變換氣的流量：184.68koml 設(shè)冷凝水的流量：x kg 變換氣的溫度：415 冷凝水的進(jìn)口溫度：20 進(jìn)二段催化床層的溫度：353(626k) 操作壓力：1750kp冷凝水吸熱q1：據(jù)冷凝水的進(jìn)口溫度20查化工熱力學(xué)可知h1 =83.96kj/kg根據(jù)化工熱力學(xué)可知： t/k p/kpa h/(kj/kg) 600 1600 3693.2 600 1800 3691.7 700 1600 3919.7 700

22、1800 3918.5冷凝水要升溫到353，所以設(shè)在353, 626k,1750kp時的焓值為h對溫度進(jìn)行內(nèi)差法：1600kpa時(626-600 )/(h-3693.2)=(700-626)/(3919.7-h) h=3752.09 kj/kg1800kpa時 （626-600）/（h- 3691.7）=(700-626)/( 3918.5-h) h=3750.668 kj/kg再對壓力使用內(nèi)查法得在353, 626k,1750kp時的焓值h為：(1750-1600)/(h-3752.09)=(1800-1750)/(3750.668-h)h=3751.0235 kj/kgq1= x( 38

23、13.244875-83.96)變換氣吸熱q2根據(jù)表5-1.2和表5-1.3得：物質(zhì)coco2h2h2on2ch4cp3148.229.637.230.756.1所以cpm= yi*cp =33.92 kj/（kmol.t）q2=184.6833.92(415-353)=388389.4272 kj取熱損失為0.04 q2根據(jù)熱量平衡：0.96 q2= x(3751.0235-83.96) x=101.676kg=5.649 kmol=126.53 m3(標(biāo))水的量為：126.53+1000.6742=1127.2042 m3(標(biāo)) =50.3261 kmol所以進(jìn)二段催化床層的變換氣組分：組

24、 分co2coh2n2ch4h2o合計含量11.4323.1743.0115.680.2626.44100m3(標(biāo))487.39135.321833.84668.3411.261127.204263.37kmol21.766.04181.8729.830.5050.32190.338中變爐二段催化床層的物料與熱量衡算已知條件：所以進(jìn)中變爐二段催化床層的變換氣干組分：組 分co2coh2n2ch4合計含量15.544.3158.4721.130.35100m3(標(biāo))487.39135.321833.84668.3411.263136.16kmol21.766.0481.8729.830.5014

25、0.018.1中變爐二段催化床層的物料衡算：設(shè)中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化率為0.74（總轉(zhuǎn)化率）所以在co的變化量為：338.3180.74=250.35532 m3(標(biāo)) =11.7658 kmol在中變爐二段催化床層的轉(zhuǎn)化的co的量為：135.3272-（338.318-250.35532）=47.36452 m3(標(biāo))=2.11 kmol出中變爐二段催化床層的co的量為：135.3272-47.36452=87.96268 m3(標(biāo)) =3.9269 kmol 故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的co2的量為：487.3908+47.364528= 534.75532m3(標(biāo)) =23.873 k

26、mol故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的h2的量為：1833.8478+47.36452= 1881.21232m3(標(biāo)) =83.9826 kmol所以在二段催化床層反應(yīng)后的變換氣總量： v總（干）=87.96268（co）+534.75532(co2)+1881.21232(h2)+668.34(n2)+11.258 =3183.528 m3(標(biāo)) =142.1218 kmol所以出中變爐二段催化床層的變換氣干組分：組 分co2coh2n2ch4合計含量16.792.7659.0920.990.35100m3(標(biāo))534.7587.961881.21668.3411.263183.53kmol2

27、3.873.9383.9829.830.50142.12故在二段催化床層反應(yīng)后剩余的h2o的量為：1127.2042-47.36452= 1079.84m3(標(biāo)) =48.207 kmol故出中變爐二段催化床層的變換氣濕組分中co的含量：co= =2.06%同理得：co2= =12.54%h2= =44.125% n2= =15.67%ch4= =0.26% h2o= =25.33%所以出中變爐的濕組分：組 分co2coh2n2ch4h2o合計含量12.542.0644.12515.670.2625.33100m3(標(biāo))534.7687.961881.21668.3411.261079.844

28、263.32kmol23.873.9383.9829.830.5048.21190.33對出中變爐二段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算：根據(jù)：kp= （h2co2）/（h2oco）計算得kp=10.6查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊知當(dāng)kp=10.6時t=409設(shè)平均溫距為44，則出中變爐二段催化床層的變換氣溫度為：409-44=3658.2中變爐二段催化床層的熱量衡算：以知條件：進(jìn)中變爐二段催化床層的變換氣溫度為：353 出中變爐二段催化床層的變換氣溫度為：365變換氣反應(yīng)放熱q1:計算變換氣中各組分的生成焓，原理與計算一段床層一樣，使用公式5-1及表5-1.1計算平均溫度為632k時的生成焓。計

29、算結(jié)果如下：組分h2h2ococo2ht（kcal/kmol）2373.4-54949.05-24005.565-90536.421ht（kj/kmol）9936.95-230060.69-100506.5-379057.89放熱： co +h2o=co2+h2 （1）h1=（hi）始（hi）末 =-38553.74846 kj/kg所以得： q1=2.11*38553.74846=81348.40955 kj/kg氣體吸熱q2：根據(jù)物理化學(xué)教程知co, h2, h2o, co2, n2 ，可用公式：cp=a+b+ct-2來計算熱容。熱容的單位為kj/（kmol.t）表5-1.2物質(zhì)coh2h

30、2oco2n2a28.4127.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/105-0.460.5020.33-8.53-ch4可用公式：cp=a+b+ct2+dt3來計算熱容:物質(zhì)ab/10-3c/10-6d/10-9ch417.4560.461.117-7.2計算結(jié)果：組分coh2co2h2on2ch4cp 28.56 29.25 47.3 36.78 30.31 53.72所以得：cpm=yi*cp=33.61kj/（kmol.t）故：q2=33.61190.33（365-353）=76763.46kj熱損失：q3=q1-q2=4584.95 kj

31、9中變二段催化劑操作線計算由中變二段催化劑變換率及熱平衡計算結(jié)果知： 中變爐入口氣體溫度 353 中變爐出口氣體溫度 365 中變爐入口co變換率 60% 中變爐出口co變換率 74%所以中變爐的操作線如圖：中變換爐物料量平衡表組分進(jìn)中變換爐的物料量/m3 出一段催化床層的物料量/m3co2284.42487.39co338.32135.33h21650.421833.84n2668.34668.34o29.77ch411.2611.26h2o1184.121000.67合計4146.614136.92 組分進(jìn)二段催化床層的物料量/m3出二段催化床層的物料量/m3co2487.39534.76

32、co135.3287.96h21833.841881.21n2668.34668.34ch411.2611.26h2o1127.201079.84合計4263.324263.32中變換爐一段熱量平衡表反應(yīng)放熱/kj氣體吸熱/kj熱量損失/kjco反應(yīng)：345072.848534667.06831760.979o2反應(yīng)：221354.6179總熱量：566427.4659中變換爐二段熱量平衡表反應(yīng)放熱/kj氣體吸熱/kj熱量損失/kj81348.4095576763.464584.9510.低變爐的物料與熱量衡算已知條件：進(jìn)低變爐的濕組分：組 分co2coh2n2ch4h2o合計含量12.542

33、.0644.12515.670.2625.33100m3(標(biāo))534.7687.961881.21668.3411.261079.844263.37kmol23.873.9383.9829.840.5048.21190.33所以進(jìn)低變爐催化床層的變換氣干組分：組 分co2coh2n2ch4合計含量16.792.7659.0920.990.35100m3(標(biāo))534.7687.961881.21668.3411.2583183.53kmol23.873.9383.9829.830.503142.1210.1低變爐的物料衡算要將co降到0.2（濕基）以下，則co的實際變換率為：p=100=90.1

34、1則反應(yīng)掉的co的量為：87.9626890.11=79.264 m3(標(biāo))=3.539 kmol出低溫變換爐co的量： 87.96268-79.264=8.69868 m3(標(biāo))=0.38833 kmol出低溫變換爐h2的量： 1881.21232+79.264=1960.475 m3(標(biāo))=87.5213 kmol出低溫變換爐h2o的量：1079.84-79.264=1000.576 m3(標(biāo))=44.67 kmol出低溫變換爐co2的量: 534.75532 +79.264=614.019 m3(標(biāo))=27.41 kmol出低變爐催化床層的變換氣干組分的體積：v總（干）=8.69868+

35、1960.475+614.019+668.34+11.258=3262.794 m3(標(biāo))=145.66 kmol故出低變爐催化床層的變換氣干組分中co的含量：co=0.266%同理得：co2=18.82%h2=60.08%n2=20.48%ch4=0.35%出低變爐的干組分：組 分co2coh2n2ch4合計含量18.820.2760.0820.480.35100m3(標(biāo))614.028.701960.48668.3411.263262.79kmol27.410.3987.5229.830.50145.66出低變爐催化床層的變換氣濕組分的體積：v總（干）=8.69868+1960.475+6

36、14.019+668.34+11.258+1000.576=4263.37 m3(標(biāo))=190.33 kmol故出低變爐催化床層的變換氣干組分中co的含量：co=2.0%同理： co2=14.4% h2=45.98% n2=15.68% ch4=0.26% h2o=23.47%所以出低變爐的濕組分：組 分co2coh2n2ch4h2o合計含量14.40.245.9815.680.2623.47100m3(標(biāo))614.028.701960.48668.3411.261000.584263.37kmol27.410.3987.5229.830.5044.67190.33對出底變爐的變換氣溫度進(jìn)行估

37、算：根據(jù)：kp=（h2co2）/（h2oco）計算得kp=141.05查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊知當(dāng)kp=141.05時t=223設(shè)平均溫距為20，則出中變爐一段催化床層的變換氣溫度為： t=22320=20310.2低變爐的熱量衡算以知條件：進(jìn)低變爐催化床層的變換氣溫度為：181 出低變爐催化床層的變換氣溫度為：203變換氣反應(yīng)放熱q1:在203時，t=476k，計算變換氣中各組分的生成焓原理與計算一段床層一樣，使用公式5-1及表5-1.1計算平均溫度為476k時的生成焓。計算結(jié)果如下：組分h2 h2o co co2ht（kcal/kmol）1241.516-56347.304-2517

38、8.916-92311.594ht（kj/kmol）5197.977-2359149.084-105419.084-386490.181放熱： co +h2o=co2+h2 （1）h1=（hi）始（hi）末 =-39958.286 kj/kg所以：q1=3.53939958.286=141412.3742 kj/kg氣體吸熱q2：氣體吸熱時的平均溫度：（181+203）/2=191.5，t=464.5k根據(jù)物理化學(xué)教程知co, h2, h2o, co2, n2 ，可用公式：cp=a+b+ct-2來計算熱容。熱容的單位為kj/（kmol.t） 表5-1.2物質(zhì)coh2h2oco2n2a28.41

39、27.283044.1427.87b/10-34.13.2610.719.044.27c/105-0.460.5020.33-8.53-ch4可用公式：cp=a+b+ct2+dt3來計算熱容表5-1.3物質(zhì)ab/10-3c/10-6b/10-9ch417.4560.461.117-7.2計算結(jié)果：組分coh2co2h2on2ch4cp30.129.0344.3935.1329.8545.05所以得：cpm=yi*cp=32.86kj/（kmol.t）故：q2=32.86190.33（203-181）=138401.9044kj熱損失 ： q3=q1-q2=141412.3742-138401.

40、9044=3010.4698 kj低變換爐物料量平衡表組分進(jìn)低溫變換爐的物料量/m3出低溫變換爐的物料量/m3co2534.76614.02co87.968.7h21881.211960.48n2668.34668.34ch411.2611.26h2o1079.841000.58合計4263.324263.32低變換爐熱量平衡表反應(yīng)放熱/kj氣體吸熱/kj熱量損失/kj141412.3742138401.90443010.469811低變催化劑操作線計算有低變二段催化劑變換率及熱平衡計算結(jié)果知： 低變爐入口氣體溫度 181 低變爐出口氣體溫度 203 低變爐入口co變換率 74% 低變爐出口c

41、o變換率 90.11%12 低變爐催化劑平衡曲線根據(jù)公式xp=100v=kpab-cdq=u=kp（a+b）+（c+d）w=kp-1其中a、b、c、d分別代表co、h2o、co2及h2的起始濃度t160 180 200 220 240260t433453473493513533xp0.97690.96230.93890.91210.87320.8229t 280t553xp0.76低變爐催化劑平衡曲線如下：13. 最佳溫度曲線的計算由于低變爐選用b302型催化劑。查小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊b302型催化劑的正反應(yīng)活化能分別為e1=43164kj/ kmolco變化反應(yīng)的逆反應(yīng)活化能e2為：

42、e2- e1=r(-h)對于co變換反應(yīng)r=1，則e2=(-h) + e1h為反應(yīng)熱，取其平均溫度下的值，即：（181+203）/2=192，t=465kco的反應(yīng)式為： co +h2o=co2+h2 由小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊可知反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)，不同溫度下的反應(yīng)熱可以用以下公式計算：h= kcal/ kmol得：h=-9422.62 kcal/kmol=-39450.653 kj/kmole2 =39450.653+43164=82614.653 kj/kmol最適宜溫度曲線由式tm= 進(jìn)行計算最適宜溫度計算結(jié)果列于下表中：xp0.97690.96230.93890.91210.87320.8229t402421440457475493t129148167184201220 xp0.76t510t237將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖：14廢熱鍋爐的熱量和物料衡算以知條件：進(jìn)廢熱鍋爐的轉(zhuǎn)化氣組份：組份co2coh2n2ch4o2h2o合計7.548.9743.7617.720.290.2621.7100m3(標(biāo))284.42338.321650.41668.3411.2589.78818.733771.45kmol12.7015.1073.6829.840.500.4436.55168.37